InComTech: Jurnal Telekomunikasi dan Komputer vol.14, no.1, April 2024, 39-48 http://publikasi.mercubuana.ac.id/index.php/Incomtech P-ISSN: 2085-4811 E-ISSN: 2579-6089

## AMC pada Komunikasi Drone Mini di dalam Gedung dengan Metode SC Frekuensi 10 GHz

## Andrita Ceriana Eska
Teknik Elektro, Universitas Jember, Jl. Kalimantan, Jember, Indonesia *Email : andritacerianaeska@gmail.com
Abstrak :
Penelitian ini membahas tentang jaringan komunikasi pada drone mini yang menggunakan jaringan komunikasi seluler. Frekuensi  komunikasi  yang  digunakan  adalah  10  GHz. Pada  drone  mini  tersebut  bergerak  di  dalam  gedung.  Base station  yang  digunakan  sebanyak  dua  buah,  dengan cakupan  pico  cell.  Sistem  komunikasi  menggunakan kondisi uplink. Propagasi pada sistem komunikasi tersebut dipengaruhi  oleh  difraksi,  AWGN,  redaman  atmosfer,  dan permitivitas  bata.  Pada  penelitian  ini  menggunakan beberapa  variasi  dari  AMC  (Adaptive  Modulation  and Coding).  AMC  menggunakan  MCS  (Modulation  Coding Scheme)  yaitu  QPSK,  16  QAM,  dan  64  QAM.  Sebagai hasil  didapatkan  persentase  cakupan  komunikasi  dengan permitivitas  bata  sebanyak  100%,  tetapi  modulasi  QPSK pada  AMC  merupakan  modulasi  yang  paling  banyak diguankan.  Persentase  modulasi  terbanyak  adalah  QPSK code rate 1/2 didapatkan 61,9%
This is an open access article under the CC BY-NC license
Kata Kunci : AMC; Gedung; Pico Cell; Drone;
Riwayat Artikel: Diserahkan 22 Feb, 2023 Direvisi 26 Jan, 2024 Diterima 30 Jan, 2024
DOI : 10.22441/incomtech.v14i1.19554

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan jaringan komunikasi seluler semakin meningkat. Perkembangan tersebut  diantaranya  seperti  jaringan  komunikasinya,  pemanfaatan  frekuensi komunikasi,  peningkatan  kapasitas,  kecepatan  transmisi  data,  dan  sebagainya. Pada  paper  ini  merupakan  penelitian  untuk  sistem  komunikasi  drone  mini frekuensi  10  GHz  yang  berada  di  dalam  gedung  dengan  base  station  di  luar gedung.  Beberapa  penelitian  yang  membahas  tentang  sistem  komunikasi  seluler diantaranya skema alokasi untuk cognitive LTE-A femtocells [1] , Lokalisasi V2V pada MU-MIMO menggunakan gelombang milimeter [2] , propagasi komunikasi pada mobile disekitar  pepohonan  yang  menggunakan  OFDM-QAM  pada frekuensi 10 GHz [3] , propagasi komunikasi dari outdoor to indoor dengan AMC pada  frekuensi  10  GHz [4] ,  3GPP rural  macrocell  path  loss untuk  gelombang
milimeter [5] , doppler shift effect dan mekanisme difraksi pada sistem komunikasi frekuensi 10 GHz sekitar gedung [6] , gelombang milimeter dengan diversity base station untuk 5G [7] , Gain antenna untuk efisiensi energi 5G pada insfrastruktur komunikasi  gelombang  milimeter [8] ,  penentuan  loksi  untuk  mobile  station disekitar  gedung  dengan  metode  AoA  menggunakan  frekuensi  47  GHz [9] , pengaruh  multipath  disekitar  lingkungan  bergedung  untuk  sistem  komunikasi bergerak  menggunakan  frekuensi  47  GHz [10] ,    AMC  disekitar  lingkungan bergedung  untuk  sistem  komunikasi  mobile  pada  kereta  api [11] ,  pengaruh difraksi pada sistem komunikasi bergerak disekitar gedung [12] , Informasi lokasi untuk RIS pada komunikasi MIMO gelombang milimeter [13] , Sistem gelombang milimeter  pada  5G  yang  digunakan  untuk Reconfigurable  Intelligent  Surface (RIS) [14] ,  Sistem  komunikasi Vehicle-to-Infrastructure (V2V)  berdasarkan  arah beamformning  menggunakan  gelombang  milimeter [15] ,  propagasi  drone  yang menggunakan komunikasi seluler dengan frekuensi 10 GHz [16] .
Komunikasi drone mini di dalam gedung terhubung dengan base station yang berada di luar gedung. Propagasi di luar gedung dimodelkan dengan lingkungan bergedung.  Propagasi  pada  komunikasi  tersebut  dipengaruhi  oleh  mekanisme difraksi,  redaman  atmosfer,  permitivitas  bata,  dan  AWGN.  Mekanisme  difraksi pada propagasi di luar gedung tersebut dimodelkan menggunakan metode Single Knife  Edge .  Analisa  pada  penelitian  ini  terdiri  dari  SNR  dengan Adaptive Modulation  and  Coding (AMC),  persentase  daerah  cakupan  komunikasi  dari penggunaan  pico  cell,  dan  komunikasi  menggunakan  kondisi uplink .  AMC menggunakan Modulation  and  Coding  Scheme (MCS).  MCS  yang  digunakan terdiri dari QPSK, 16 QAM, dan 64 QAM. Pada QPSK coderate yang digunakan terdiri dari 1/8, 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, dan 4/5. Pada 16 QAM coderate yang digunakan  terdiri  dari  1/2,  2/3,  3/4,  dan  4/5.  Pada  64  QAM  coderate  yang digunakan  terdiri  dari  2/3,  3/4,  dan  4/5.  Base  station  yang  digunakan  sebanyak dua  buah,  dan  menerapkan  selection  combining  dari  pico  diversity  kedua  base station tersebut.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Model Lingkungan Komunikasi
Pada  penelitian  ini  melakukan  simulasi  gerak  drone  yang  memiliki  ukuran kecil  di  dalam  gedung.  Drone  mini  tersebut  menggunakan  jaringan  komunikasi mobile dengan dua buah Base Station. Frekuensi yang digunakan adalah 10 GHz. Pada  gambar  1,  ditunjukkan  model  lingkungan  komunikasi  berupa  gedung- gedung  dengan  ketinggian  yang  bervariasi.  Lintasan  drone  mini  ditunjukkan sedang  dicover  oleh  base  station  1  dan  base  station  2.  Sistem  komunikasi dimodelkan dengan kondisi uplink. Pengaruh redaman pada jaringan komunikasi diantaranya  yaitu  redaman  atmosfer,  difraksi  karena  ketinggian  gedung  lainnya, dan  permitivitas  bata.  Pada  gambar  2,  ditunjukkan  propagasi  komunikasi  pada drone mini ketika berada di dalam bangunan. Sistem komunikasi yang digunakan menerapkan  penggunaan  bata  untuk  bagian  tepi  gedung.  Lingkungan  di  luar gedung  terdapat  gedung-gedung  dengan  variasi  ketinggian  yang  berbeda. Propagasi  di  luar  gedung  dapat  terjadi  difraksi.  Penelitian  ini,  untuk  mekanisme difraksi dimodelkan menggunakan metode Single Knife Edge. Base station pico
cell yang digunakan sebanyak dua buah. Penerapan pico diversity dari kedua base station tersebut menggunakan metode Selection Combining.
Gambar. 1 Model lingkungan komunikasi untuk lintasan drone mini Gambar. 2 Detail komunikasi drone mini di dalam gedung

## 2.2 Mekanisme Difraksi
Mekanisme  difraksi  pada  penelitian  ini  disebabkan  oleh  ketinggian  gedung. Mekanisme difraksi dimodelkan dengan metode Single Knife Edge. Fresnel zone digunakan  untuk  cakupan  nilai  dari  mekanisme  difraksi.  Metode  Single  Knife Edge dapat diperhatikan pada persamaan (1). Dimana λ, v, h, d 1, dan d 2 merupakan parameter-parameter  yang  terdiri  dari  long  wave  (m),  Fresnel  Kirchhoff, ketinggian difraksi (m), jarak pengirim terhadap halangan (m), and jarak penerima terhadap halangan (m), dapat diperhatikan pada Gambar (3) [17] .
Gedung-gedung Mini drone BS2 BS1 Gedung-Gedung Lintasan mini drone Propagasi ke BS2 Propagasi ke BS1
Gambar. 3 Metode Single Knife Edge
(1)
Komunikasi drone mini dimodelkan dengan kondisi uplink, Tx 30 dBm, gain antenna  Rx  7  dBi,  dan polarization  loss -0,2  dB.  Persamaan  SNR  ditunjukkan pada  persamaan  (2).  Beberapa  parameter  yang  digunakan  diantaranya  N  ( noise power ), S ( signal value ), and SNR ( signal to noise ratio ) [17] .
(2)
Parameter N ditunjukkan pada persamaan (3), yang terdiri dari K, B, NF, dan T dimana parameter-parameter tersebut merupakan konstanta Boltzman, bandwidth , noise  figure ,  dan standard  noise  temperature (290 o K) [17] .  Nilai NF yang digunakan 6 dB, dan nilai B yang digunakan 800 MHz.
(3)
Redaman  propagasi  komunikasi  dipengaruhi  atmosfer  dan  permitivitas  bata. Dimensi  bata  di  Indonesia  berdasarkan  Standard  Nasional  Indonesia  (SNI) memiliki beberapa ukuran [18] . Sebagai asumsi pemodelan tersebut menggunakan salah satu dari dimensi tersebut yaitu 23cm (p), 11cm (l), 5.5cm (t). Untuk nilai permitivitas  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  menggunakan  3,75  berdasarkan rekomendasi  ITU-R [19] .  Persamaan  (4)  menunjukkan  redaman  atmosfer. Redaman atmosfer disebabkan karena oksigen dan water vapour [20] . Parameter and   merupakan redaman gas, dan panjang lintasan (km).
(4)
Proses AMC ( Adaptive Modulation and Coding ) berdasarkan modulasi dari MCS ( Modulation and Cose Scheme ). Pada penelitian ini MCS yang digunakan terdiri dari  QPSK,  16  QAM,  dan  64  QAM [21] .  Code  rate  modulasi  QPSK  yang digunakan diantaranya 1/8, 1/5. 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, dan 4/5. Code rate modulasi
16 QAM yang digunakan diantaranya 1/2, 2/3, 3/4, dan 4/5. Code rate modulasi 64 QAM yang digunakan diantaranya 2/3, 3/4, dan 4/5.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem komunikasi drone mini yang menggunakan jaringan komunikasi seluler dengan  frekuensi  10  GHz.  Drone  mini  bergerak  pada  lintasan  di  dalam  gedung. Pada  bagian  tepi  gedung  menggunakan  bahan  bata.  Penempatan  dua  buah  base station pico cell berada di luar gedung. Penerapan pico diversity dari kedua base station  tersebut  menerapkan  metode Selection  Combining .  Propagasi  di  luar gedung  merupakan  kondisi  lingkungan  bergedung  dengan  ketinggian  yang bervariasi.  Lingkungan  bergedung  tersebut  menyebabkan  terjadinya  mekanisme difraksi.  Mekanisme  difraksi  dimodelkan  dengan  metode Single  Knife  Edge . Analisa  SNR  dari  hasil  komunikasi  dapat  mempengaruhi  AMC  dari  MCS  yang digunakan. Titik-titik hasil komunikasi pada lintasan drone mini dapat diketahui persentase daerah cakupannya. Pada setiap titik-titik tersebut akan menggunakan modulasi  yang  berbeda-beda.  Berdasarkan  penggolongan  MCS  yang  digunakan tersebut dapat diketahui modulasi yang paling banyak digunakan.
Hasil  SNR  komunikasi  dapat  diperhatikan  pada  gambar  4,  dan  penggunaan AMC komunikasi dapat diperhatikan pada gambar 5. Sistem komunikasi tersebut merupakan hasil komunikasi menggunakan BS1, BS2, dan SC. Beberapa kondisi komunikasi  diantaranya  SNR  ketika  tanpa  redaman  dari  permitivitas  bata,  SNR dengan  redaman  dari  permitivitas  bata,  dan  SNR  dengan  AWGN.  Kondisi  SNR dengan kanal AWGN dan tanpa permitivitas bata diantaranya saat drone bergerak 10  meter  pada  BS1  didapatkan  7,8  dB  menggunakan  modulasi  QPSK  code  rate 4/5  dan  BS2  didapatkan  6,63  dB  menggunakan  modulasi  QPSK  code  rate  4/5 sehingga SC menggunakan SNR 7,8 dB dengan moulasi QPSK code rate 4/5, saat drone bergerak 50 meter pada BS1 didapatkan 10,57 dB menggunakan modulasi 16QAM code rate 1/2 dan BS2 didapatkan 3,9 dB menggunakan modulasi QPSK code  rate  1/2  sehingga  SC  menggunakan  SNR  10,57  dB  dengan  modulasi 16QAM code rate 1/2, saat drone bergerak 95 meter pada BS1 didapatkan 8,6 dB menggunakan  modulasi  16QAM  code  rate  1/2  dan  BS2  didapatkan  6,79  dB menggunakan modulasi QPSK code rate 4/5 sehingga SC menggunakan SNR 8,6 dB dengan modulasi 16QAM code rate 1/2. Untuk data dalam bentuk tabel dapat diperhatikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Beberapa data SNR komunikasi
No Titik (meter) BS1 BS2 SC SNR (dB) MCS SNR (dB) MCS SNR (dB) MCS 1 10 7,8 QPSK 4/5 6,63 QPSK 4/5 7,8 QPSK 4/5 2 50 10,57 16QAM 1/2 3,9 QPSK 1/2 10,57 16QAM 1/2 3 95 8,6 16QAM 1/2 6,79 QPSK 4/5 8,6 16QAM 1/2
Kondisi  SNR  dengan  kanal  AWGN  dan  menggunakan  permitivitas  bata, diantaranya  saat  drone  bergerak  10  meter  pada  BS1  didapatkan  5,5  dB menggunakan  modulasi  QPSK  code  rate  3/4  dan  BS2  didapatkan  -0,79  dB menggunakan modulasi QPSK code rate 1/3 sehingga SC menggunakan SNR 5,5
dB dengan moulasi QPSK code rate 3/4, saat drone bergerak 50 meter pada BS1 didapatkan  5,2  dB  menggunakan  modulasi  QPSK  code  rate  2/3  dan  BS2 didapatkan  -0,07  dB  menggunakan  modulasi  QPSK  code  rate  1/3  sehingga  SC menggunakan  SNR  5,2  dB  dengan  modulasi  QPSK  code  rate  2/3,  saat  drone bergerak  95  meter  pada  BS1  didapatkan  3,4  dB  menggunakan  modulasi  QPSK code  rate  1/2  dan  BS2  didapatkan  1,27  dB  menggunakan  modulasi  QPSK  code rate 1/3 sehingga SC menggunakan SNR 3,4 dB dengan modulasi QPSK code rate 3/4.
Gambar. 4 Nilai SNR pada BS1 dan BS2
Gambar. 5 AMC dari kanal dengan AWGN
Pada  gambar  6  merupakan  hasil  komunikasi  berdasarkan  jumlah  node  yang menggunakan  AMC  dengan  BS1,  BS2,  dan  SC.  Beberapa  kondisi  dari penggunaan  AMC  tersebut  diantaranya  ketika  tanpa  permitivitas  bata,  dan menggunakan  permitivitas  bata.  Pada  gambar  7  merupakan  persentase penggunaan  AMC  berdasarkan  data  jumlah  node.  Kondisi  penggunaan  AMC berdasarkan  jumlah  node  terbanyak  dan  persentase  tertinggi  dari  penggunaan modulasi  ketika  tanpa  menggunakan  permitivitas  bata,  yaitu  penggunaan  BS1 untuk  16QAM  code  rate  1/2  didapatkan  sebanyak  10  nodes  dengan  persentase 47,6%, penggunaan BS2 untuk QPSK code rate 4/5 didapatkan sebanyak 9 nodes dengan  persentase  42,86%,  dan  penggunaan  SC  untuk  16  QAM  code  rate  1/2 didapatkan  sebanyak  10  nodes  dengan  persentase  47,6%.  Kondisi  penggunaan AMC  berdasarkan  jumlah  node  terbanyak  dan  persentase  tertinggi  dari penggunaan  modulasi  ketika  menggunakan  permitivitas  bata,  yaitu  penggunaan BS1 untuk QPSK code rate 1/2 didapatkan sebanyak 13 nodes dengan persentase 61,9%,  penggunaan  BS2  untuk  QPSK  code  rate  1/3  didapatkan  sebanyak  21 nodes  dengan  persentase  100%,  dan  penggunaan  SC  untuk  QPSK  code  rate  1/2 didapatkan sebanyak 13 nodes dengan persentase 61,9%.
Gambar. 6 Jumlah titik  dengan AMC dan tidak menggunakan permitivitas bata
Gambar. 7 Jumlah titik  dengan AMC dan menggunakan permitivitas bata
Gambar. 8 Persentase penggunaan AMC tanpa permitivitas bata
Gambar. 9 Persentase penggunaan AMC menggunakan permitivitas bata Pada  penelitian  ini  dilakukan  perbandingan  kondisi  ketika  sistem  komunikasi tersebut pada sistem komunikasinya mendapatkan pengaruh redaman permitivitas bata  dan  tanpa  permitivitas  bata.  Berdasarkan  hasil  analisa  tentang  jumlah  titik komunikasi  yang  terbesar  dengan  AMC  terbaik  ditunjukkan  bahwa  dari  21  titik komunikasi  di  dalam  gedung,  untuk  kondisi  tanpa  permitivitas  bata  didapatkan penggunaan  AMC  dengan  modulasi  16QAM  code  rate  1/2  sebanyak  10  titik dengan  persentase  47,6%,  untuk  kondisi  menggunakan  permitivitas  bata didapatkan penggunaan AMC dengan modulasi QPSK code rate 1/2 sebanyak 13 titik  dengan  persentase  61,9%.  Perubahan  antara  redaman  permitivitas  bata menyebabkan  penurunan  nilai  SNR  hasil  komunikasi,  sehingga  penyesuaian modulasi  yang  digunakan  semakin  menurun.  Persentase  keseluruhan  daerah cakupan  komunikasi  dengan  menggunakan Selection  Combining ketika  ketika tanpa menggunakan permitivitas bata didapatkan 100%, dan ketika menggunakan permitivitas bata didapatkan 100%.

## 4. KESIMPULAN
Pada  bagian  ini  merupakan  kesimpulan  dari  paper  ini.  Sistem  komunikasi drone mini menggunakan jaringan seluler yang bergerak di dalam gedung dengan frekuensi  10  GHz.  Propagasi  komunikasi  drone  mini  tersebut  dicakup  oleh  dua buah base station pico cell dengan kondisi uplink . Propagasi tersebut dipengaruhi oleh redaman atmosfer dan permitivitas bata. Lingkungan propagasi komunikasi menggunakan  kondisi  lingkungan  bergedung.  Mekanisme  difraksi  karena keberadaan gedung dimodelkan dengan metode Single Knife Edge . Sebagai hasil penelitian  tersebut  menunjukkan  daerah  cakupan  komunikasi  menggunakan Selection Combining adalah 100%, dengan persentase modulasi terbanyak adalah QPSK  code  rate  1/2  didapatkan  61,9%.  Modulasi  16QAM  ketika  tanpa menggunakan  permitivitas  bata  lebih  banyak  digunakan  pada  titik-titik komunikasi,  daripada  ketika  menggunakan  permitivitas  bata  yang  banyak menggunakan  modulasi  QPSK.  Perubahan  penggunaan  modulasi  pada  AMC komunikasi disebabkan dari nilai SNR yang didapatkan.

## R EFERENSI
[1] G.  Bartoli,  R.  Fantacci,  D.  Marabissi,  and  M.  Pucci,  “Resource  Allocation  Schemes  for Cognitive  LTE-A  Femto-cells  using  Zero  Forcing  Beamforming  and  Users Selection,”Globecom Wireless Communications Symposium, 2014.
[2] J.  Lota,  S.  Ju,  O.  Kanhere,  T.S.  Rappaport,  and  A.  Demosthenous,  “mmWave  V2V Localization  in  MU-MIMO  Hybrid  Beamforming”, IEEE  Open  Journal  of  Vehicular Technology , vol. 3, 2022.
[3] A.C. Eska, “Propagation of Mobile Communication with Tree Obstacle used OFDM-QAM at 10 GHz”, INFOTEL , vol. 11, no. 3, pp. 88-92, Sep. 2019.
[4] A.C. Eska, “The Communication System of Building from Outdoor to Indoor with AMC at 10 GHz”, INFOTEL , vol. 12, no. 1, pp. 13-17, Apr. 2020.
[5] G. R. MacCartney and T. S. Rappaport, "Study on 3GPP rural macrocell path loss models for millimeter wave wireless communications," 2017.
[6] A.C.Eska,  “Doppler  Shift  Effect  at  The  Communication  Systems  with  10  GHz  around Building”, INFOTEL , vol. 12, no. 4, pp. 129-133, Nov. 2020.
[7]      G. R. MacCartney, and T. S. Rappaport, “Millimeter-Wave Base Station Diversity for 5G Coordinated  Multipoint  (CoMP)  Applications,”  IEEE  Transactions  on  Wireless Communications, vol.18, no.7, 2019.
[8] T.A.H.  Bressner,  M.N.  Johansson,  A.B.  Smolders,  and  U.  Johannsen,  “High-Gain  Lens- Horn Antennas for Energy-Efficient 5G Millimeter-Wave Communication Infrastructure”, IEEE  Transactions  on  Antennas  and  Propagation ,  vol.  70,  no.  5,  May. 2022.
[9] A.C.  Eska,  “Determination  of  MS  Location  through  Building  Using  AoA  Method  of Frequency 47 GHz,” IJITEE, vol.1, no.3, 2017.
[10]  A.C. Eska, “Multipath Effects in Building Environment Toward Bandwidth Enhancement for  Mobile  Communication  of  47  GHz  Frequency”, INFOTEL ,  vol.  10,  no.  1,  pp.  39-44, Feb. 2018.
[11]   A.C.  Eska,  “Adaptive  Modulation  and  Coding  around  Building  Environment  for  Mobile Station Communication at The Train,” EMITTER, vol.6, no.2, 2018.
[12]  A.C.  Eska,  and  G.  Hendrantoro,  “Preliminary  study  on  the  effect  of  building-induced diffraction  upon  millimeter  wave  mobile  communications  systems  with  macrodiversity,” TSSA, 2012.
[13]  J.  He,  H.  Wymeersch,  and  M.  Juntti,  “Leveraging  Location  Information  for  RIS-Aided mmWave MIMO Communications”, IEEE Wireless Communications Letters , vol. 10, no. 7, July. 2021.
[14]  J. He, F. Jiang, K. Keykhosravi, J. Kokkoniemi, H. Wymeersch, and M. Juntti, “Beyond 5G RIS  mmWave  Systems:  Where  Communication  and  Localization  Meet”, IEEE  ACCESS , vol. 10, 2022.
[15]  S.  Schwarz,  E.  Zochmann,  M.  Muller,  and  K.  Guan,  “Dependability  of  Directional Millimeter Wave Vehicle-to-Infrastructure Communications”, IEEE ACCESS , vol. 8, 2020.
[16]  A.C. Eska, “Cellular Communication Propagation at Drone around Building Environment with Single Knife Edge at 10 GHz”, INFOTEL , vol. 13, no. 1, pp. 25-30, Feb. 2021.
[17]  J. S. Seybold, Introduction to RF Propagation. , John Wiley & Sons (New Jersey), 2005.
[18]  O.F.T. Maryana, R. Ikhwanuddin, S. Anggini, dan R. Barna, “Banner Waste Mixture: The Impact on Quality of Traditional Brick’s Compressive Strength”, JIPF , vol. 9, Oct. 2020.
[19] ITU-R Radio Communication Sector of ITU (Effects of building materials and structures on radiowave  propagation  above  about  100  MHz)  ITU-R  P.2040-1 .  Electronic  Publication (Geneva), 2015.
[20] ITU-R  Radio  Communication  Sector  of  ITU  (Attenuation  by  atmospheric  gases)  ITU-R P.676-10 . Electronic Publication (Geneva), 2013.
[21]   O.  Werther, LTE  System  Specifications  and  their  Impact  on  RF  &  Base  Band  Circuits . Rohde & Schwarz, 2013.